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  • 載人航天

    載人航天是人類駕駛和乘坐載人航天器在太空中從事各種探測、研究、試驗、生產和軍事應用的往返飛行活動。其目的在于突破地球大氣的屏障和克服地球引力,把人類的活動范圍從陸地、海洋和大氣層擴展到太空,更廣泛和更深入地認識整個宇宙,并充分利用太空和載人航天器的特殊環境進行各種研究和試驗活動,開發太空極其豐富的資源。目前僅美、中、俄三國擁有自主載人航天能力。莫斯科航天俱樂部科研負責人伊萬·莫伊謝耶夫認為,美國目前依然在航天領域領先,在其之后的中國、歐洲、俄羅斯基本上都在同一個水平上。莫伊謝耶夫認為,中國正在地球遙感、通訊、導航等應用航天領域趕超俄羅斯,但在載人航天方面落后于俄羅斯、在基礎空間研究方面落后于歐洲。需要指出的是:歐盟、印度、日本可以列為“準載人航天能力國”。

    編輯摘要

    基本信息 編輯信息模塊

    中文名: 載人航天 英文名: artificial space flight
    公车上被猛烈的进出

    目錄

    技術難題/載人航天 編輯

    艙外活動艙外活動
    實現載人航天必須突破三大技術難題:

    一、大推力的運載火箭技術,把非常重的航天器送上近地軌道;

    二、衛星安全返回技術;

    三、良好的環境控制和生命保障系統技術。

    載人航天起始于1961年4月12日加加林乘 坐東方號飛船進入地球軌道。時至今日,許多國家都有了自己的航天員,俄羅斯、美國和中國的載人航天器承載著眾多國家的航天員在太空翱翔,載人航天器從單一的飛船發展到巨大的太空站。

    已經實施和正在實施的載人航天計劃包括:前蘇聯的東方、上升、聯盟、禮炮、和平;美國的水星、雙子星、阿波羅、天空實驗室、航天飛機;美歐聯合的航天飛機——空天實驗室;美、俄、歐、日、加合作的國際航天站;中國神舟、天宮。

    載人航天是指人類駕駛和乘坐載人航天器在太空從事各種探測、試驗、研究、軍事和生產的往返飛行活動。載人航天的目的在于突破地球大氣的屏障和克服地球引力,把人類的活動范圍從陸地、海洋和大氣層擴展到太空,更廣泛和深入地認識地球及其周圍的環境,更好地認知整個宇宙;充分利用太空和載人航天器的特殊環境從事各種試驗和研究活動,開發太空及其豐富的資源。載人航天器由載人航天系統實施,載人航天系統由載人航天器、運載器、航天器發射場和回設施、航天測控網等組成,有時還包括其它地面保障系統,如地面模擬設備和航天員訓練設施。

    根據飛行和工作方式,載人航天器可分為載人飛船、載人空間站與航天飛機三類:①載人飛船按乘坐人數分為單人式飛船和多人式飛船,按運行范圍分為衛星式載人飛船和登月載人飛船。②載人空間站又稱為軌道站或航天站,可供多名航天員居住和工作。③航天飛機既可作為載人飛船和空間站進行載人航天活動,又是一種重復使用的運載器。

    載人航天技術是人類航天史上的重大突破。[1]

    戰略價值/載人航天 編輯

    全俄社會輿論研究中心進行的一項調查顯示,約四分之三的俄羅斯人反對削減太空計劃預算,即使是在經濟危機時期。調查結果顯示,約73%的俄羅斯公民反對削減太空計劃預算,即便是在經濟危機的環境下,且17%的受訪者同一年前一樣,甚至建議增加經費。

    俄羅斯總統普京表示,俄羅斯太空發射數量居世界第一位,牢固保持著航天大國的地位。4月12日是俄羅斯宇航員日。普京當天晚上在出席宇航員日晚會時說,俄羅斯在火箭發動機制造領域擁有優勢,太空發射數量居世界第一位,而且俄還積極研發先進的運載火箭技術和航天器以及軌道衛星群等高科技太空產品。

    普京還提出俄羅斯成立航天部,批準了建立聯合火箭航天公司的想法。他說:“我們在一系列領域落后于國際水平,比如地球遙感手段、衛星通信系統等。未來應增加軌道航天器、落實載人飛船和生產飛船發動機領域的項目?!逼站┍硎?,“專家們估計,目前航天市場的規模為3000億—4000億美元,2030年前將達1.5萬億美元。我們應當充分利用這一機會窗口?!辈úǚ蚪鸨硎?,俄正在打造可進行星際飛行的新型宇宙飛船。技術設計已完成,2018年將進行新型飛船的首次無人駕駛飛行。

    根據美國國防與航空航天咨詢公司蒂爾集團的最新調查預測,2010-2029年的20年間,擬發射到地球或月球軌道或深空飛行路線上的航天器有2229個。其中,民用航天器和商業航天器基本上平分了77%,軍事和大學航天器分別占19%和4%。民用航天器大致有1/4是執行國際空間站任務的載人和貨運飛船。

    太空探索眼前的現實意義在哪?美國《巴爾的摩太陽報》1日刊登美國航空航天協會執行理事查爾斯·胡特納的文章說,航天技術的創新觸及社會生活的方方面面,從數字電腦到CT掃描等。而且它更樹立了一種遠大目標,遠大的目標才能產生重大成就,激發年輕人的熱情,促進就業長期增長,這是美國未來成功所在。

    國防大學張召忠教授說,航天技術的成效可以直接或間接反饋到民生,像美國的醫學、材料、軍工控制、通信科技之所以世界領先,與其太空技術的發達有很大關系。而且航天的戰略意義更是無可代替。使中國成為真正的航天大國,是制造1萬輛坦克都無法獲得的國際地位。太空技術的成果可以轉移到包括軍事在內的很多領域,民用航天市場的經濟價值也越來越大,這都是中國國家戰略的組成部分。

    酒泉衛星發射中心,一位不便透露姓名的專家對《環球時報》記者說,如果中國不奮起直追,就會和美俄等太空技術先進國家產生“時代性差距”。[2]

    據統計美國私人航天公司列表已經多達近百家之多。美國、俄羅斯、歐州、印度也在積極開展太空全民化行動,出現了眾多私人航天公司。

    發展意義/載人航天 編輯

    太空游客太空游客
    眾所共知,航天技術的發展給人類帶來眾多的益處。如果有了人在太空活動,就可使航天技術如虎添翼,充分發揮人的智慧與技能,解決無人在太空活動的航天技術上一些難題。人有獨特的能力,如應急的判斷力、創造力和主動的維修及調控功能。人有知覺和感覺,如視、聽、觸和運動感覺、有冷、熱、嗅覺和平衡感等。人對信息處理和觀察外界變化非常主動,還有認識能力,以及聯想、總結、分析和綜合記憶力等,其中有些是“電腦”不能代替的。人的控制和運動能力是載人航天中主要活動之一,包括力量的產生和運用、運動速度的控制、自發力控制和連續調整控制等,這些都對空間的操作活動有決定意義。即使一切都是自動化、智能化,也離不開人的介入,如虎添翼的道理就在于此!

    載人航天大大擴展了人類的活動范圍,是進一步大規模開發、利用空間資源的重要手段,對國家的政治、經濟和科技等方面的發展都有重要的戰略意義。原蘇聯宇航員加加林1961年首次進入太空,美國“阿波羅”飛船1969年成功登月,這兩個轟動世界的壯舉發掘和吸引了數以十萬計的精英人才。美國宇航局專家曾計算,美國在載人航天上的每1美元投資都能收到9美元效益,有3萬多種民用產品得益于研制航天飛機發展出的技術,更不用說航天飛機一百多次飛行所帶來的科學成果。載人航天技術的日臻完善還促成了“太空旅游”。在2001年和2002年,美國人蒂托和南非人沙特爾沃思分別支付2千萬美元,赴國際空間站旅游了約一星期。第三批共兩位游客于2005年年初再赴國際空間站,而他們身后的報名者還有約10人。專家們預計,將來太空還可能成為普通人的旅游熱點。

    發展載人航天有何意義呢?總的說來有如下幾個方面:

    首次進入太空的航天員-加加林首次進入太空的航天員-加加林
    (1)在科技方面,因為載人航天技術是科技密集綜合性尖端技術,它體現了現代科學技術多個領域的成就,同時又給予現代科學技術各個領域提出了新的發展需求,從而促進和推動整個科學技術的發展,也就是說一個國家載人航天技術的發展,可以反映這個國家的整體科學技術和高技術產業水平,如系統工程、自動控制技術、計算機系統、推進能力、環控生保技術、通信、遙感、測試技術等。也體現了這個國家的近代力學、天文學、地球科學和空間科學的發展水平,特別是這個國家的航天醫學工程的發展水平,如果沒有航天醫學工程的研究與發展,想要把人送進太空并安全、健康、高效地生活和工作是不可能的。

    (2)發展載人航天能體現一個國家綜合國力;當今世界各發達國家在發展戰略上都把綜合國力的增強作為首要目標,其核心是發展高科技,而主科技的主要內容之一就是載人航天。當一個國家把自己的航天員送入太空時,它可充分體現其綜合國力的強盛,也將增強該國民眾的民族自豪感、振奮民族精神、增強了全民的凝聚力。特別是我國航天員一旦進入太空,則能像六七十年代我國擁有核武器和人造地球衛星那樣,引起全世界人民注視,提高我國的國際地位。

    (3)載人航天的發展能更好地開發太空資源為地球人類造?!,F已知浩瀚的太空是人類巨大的寶庫,它含有豐富的資源,而載人航天事業是使用通向這個寶庫的橋梁,試想航天員們在太空對地球居高臨下,能以各種不同的手段對地球進行觀測,它可以比無人的探測和遙感獲取更多的信息和資料。而太空工廠的工藝加工幾乎成了“魔術”,它在微重力、真空和無對流的條件下,可以制造地球上難以完成的合金材料和“靈丹妙藥”以及有關產品。太空工廠的產品或半成品送回地面后,也許還會帶來“新的工業革命”??梢灶A料,印有“太空制造”字樣物品將會不斷地投放市場。

    (4)載人航天是人類發展的一個新階段的開始,因為人類可以通過載人航天的橋梁,轉移到其他星體居住和生活,開發出更美好的生活空間。這不是可望而不可及的事情。當前首先要做的是人們到太空旅游、先看看神秘的太空和美妙的仙境。不久,人類將主宰太空,實現人類發展的革命。

    發展基礎/載人航天 編輯

    航天服示意圖航天服示意圖
    因為載人航天事業是一項巨大的系統工程,所以它的發展基礎必須是:綜合國力強盛,經濟發展水平高,有一定的財政支持,有一批從事航天科技事業的骨干人才隊伍,有先進的科學技術的發展水平。

    這樣才有可能發展載人航天事業。我國現已基本具備上述基礎,所以才發射了載人試驗飛船。

    具備什么條件才能發展載人航天事業呢?簡單地說就是建立國家載人航天大系統,或稱載人航天體系。因為這個體系是國家直接支持和規劃的,這個體系又是在航天技術日趨成熟的條件下建立的。例如,地面發射基地的建設,指揮管理系統的組建、跟蹤、遙測、遙控和通信網絡的組建,火箭與推進系統的建設,航天器制造工藝中的新材料的研制,發射、回收等技術均已成熟和具備的情況下,重點是航天員系統的完善。它涉及選拔什么樣的人進入太空,建立航天員的訓練基地,建立航天醫學體系,結合航天器研制建立航天員的環境控制與生命保障系統,組織好航天員進入太空的前、中、后的醫學監督與保障工作,確保航天員的安全,結合載人航天器研制增設應急救生系統等等。

    發展歷程/載人航天 編輯

    1958年10月7日,美國航宇局(NASA)正式批準“水星”號載人飛船工程。這是航宇局1958年10月1日成立后作出的第一個重大決策。

    1959年9月9日,美國用“宇宙神”D運載火箭首次成功地發射了“水星”飛船模型,進行亞軌道飛行。此后一直到1961年4月25日,美國共進行了7次無人飛船試驗,其中失敗3次,成功4次,為美國成功實施載人航天飛行奠定了堅實基礎。

    1960年1月,蘇聯成功發射了兩艘無人的衛星式飛船,進行亞軌道飛行。此后一直到1961年3月25日,蘇聯共進行了7次無人飛船試驗,其中失敗4次,成功3次,最后兩次連續成功。蘇聯決策機關認為已完全具備了載人飛船的發射能力。

    1961年3月23日,蘇聯準備上天的航天員邦達連科在為期10天的地面訓練的最后一天,在一個高濃度氧氣艙里,用酒精棉球擦完身上固定過傳感器的部位后,隨手將它扔在電熱器上,立即引起大火,他被嚴重燒傷,10小時后,搶救無效死亡。

    1961年4月12日,蘇聯發射世界第一艘載人飛船“東方”1號。尤里·加加林少校乘“東方”1號飛船用了108分鐘繞地球運行一圈后,在薩拉托夫附近安全返回。加加林成為世界上第一位遨游太空的航天員,使蘇聯在與美國開展的載人航天競賽中贏得了世界第一。1968年3月27日,加加林駕駛米格15殲擊機訓練時,因飛機事故遇難身亡。

    1961年5月5日,美國第一位進行亞軌道飛行的航天員艾倫·B·謝潑德駕駛美國“水星”MR3飛船進行首次載人亞軌道飛行,美國因此成為繼蘇聯之后世界上第二個具有載人航天能力的國家。

    1961年5月25日,美國總統肯尼迪在國會宣布:在60年代結束之前,美國要把人送上月球,并安全返回地面。從此,美國正式開始實施舉世聞名的“阿波羅”載人登月工程計劃。這是在與蘇聯之間展開的誰第一個把人送上天的競賽中失利后,美國發起的又一個競賽項目。

    1962年2月20日,美國發射載人飛船“水星”6號,航天員歐約翰·H·格倫中校駕駛“水星”6號飛船繞地球飛行3圈,歷時4小時55分23秒,在大西洋海面安全返回。格倫因此成為美國第一個進入地球軌道的人。

    1962年8月11日,蘇聯發射載有尼古拉耶夫少校的“東方”3號飛船上天。8月12日,蘇聯發射載有波波維奇中校的“東方”4號飛船上天?!皷|方”4號與“東方”3號首次在太空實現載人飛船的交會飛行,相距5公里,第一次從太空傳回電視。

    1963年6月16日,世界上第一位進入太空的女航天員捷列什科娃中尉駕駛蘇聯“東方”6號飛船進入太空,飛船繞地球飛行48圈,歷時70小時50分,19日返回。

    1964年10月12日,蘇聯成功發射載3人的第二代載人飛船“上升”1號。航天員科馬羅夫、耶戈洛夫和費捷斯托夫駕駛飛船繞地球飛行16圈,歷時24小時17分,返回于庫斯塔奈地區。這是蘇聯、也是世界航天史上第一次載3人飛行。

    宇航員在太空行走宇航員在太空行走
    1965年3月18日,蘇聯發射載有別列亞耶夫、列昂諾夫的“上升”2號飛船。飛行中,列昂諾夫進行了世界航天史上第一次太空行走,他在離飛船5米處活動了12分鐘,完成了目視觀測、拆卸工作及其他實驗。

    1965年3月23日,美國成功發射第二代載人飛船“雙子星座”3號。飛船乘載著美國航天員格里索姆中校和約翰·楊少校,繞地球飛行5圈,歷時4小時53分鐘。這是美國首次載2人飛行。

    1965年6月3日,美國發射載有航天員麥克迪維特上尉和懷特上尉的“雙子星座”4號飛船,繞地球飛行62圈。懷特到艙外行走21分鐘,用噴氣裝置使自己在太空中機動飛行。這是美國第一次太空行走。

    1965年12月15日,美國發射“雙子星座”6號飛船,飛船載有希拉中校和斯坦福爾德上尉。飛船繞地球飛行16圈,歷時25小時51分鐘。此次飛行是與12月4日發射的“雙子星座”7號交會,并保持近距離編隊飛行,相距約0.3米。這是美國載人飛船第一次空間交會飛行。

    1966年3月16日,美國發射載有航天員阿姆斯特朗和斯科特的“雙子星座”8號,繞地球飛行6.5圈,歷時10小時41分。飛行中首次實現載人飛船與一個名叫“阿金納”的對接艙體對接。這是世界航天史上第一次空間對接。

    阿波羅航天員阿波羅航天員
    1967年1月27日,美國“阿波羅”4A飛船在發射臺上進行登月飛船的地面試驗。飛船內坐著曾參加過“水星”號、“雙子星座”飛船飛行的格里索姆上校、美國第一個完成艙外活動的懷特中校和第一次準備參加太空飛行的查菲少校。突然,充滿純氧的座艙起火爆炸,3名航天員當即燒死。

    1967年4月23日,蘇聯用“聯盟”號運載火箭發射第三代飛船“聯盟”1號。4月24日飛船返回時,因降落傘故障,飛船墜毀于烏拉爾奧倫波克附近,航天員科馬羅夫不幸遇難。

    1968年4月14日,蘇聯發射宇宙212號無人飛船。飛船在軌運行中與后來發射的宇宙213號無人飛船自動對接。這是蘇聯完成的第一次空間對接。

    1968年10月11日,美國發射“阿波羅”7號飛船。航天員希拉、艾西爾和坎寧哈姆繞地球飛行163圈,歷時260小時9分鐘,22日返回。這是“阿波羅”飛船的第一次載人地球軌道飛行。

    1968年12月21日,美國發射載有波爾曼、洛弗爾和安德斯的“阿波羅”8號飛船。飛船進入距月面112公里的月球軌道上飛行了10圈,時間20小時6分鐘,并向地球發回電視。27日返回。這是世界上第一艘繞月飛行的載人飛船。1969年7月16日,美國發射“阿波羅”11號載人飛船,第一次把人送上月球。飛船上載有航天員阿姆斯特朗、科林斯、奧爾德林3名航天員,經過75小時50分鐘的飛行后,進入環月軌道。7月21日格林尼治時間2時56分,航天員阿姆斯特朗將左腳踏到月球上,成為世界上第一個踏上月球的人,并說出了一句廣為流傳的名言:“這是人的一小步,人類的大飛躍?!?9分鐘后,奧爾德林跟著也踏上了月球。他們在月面插上美國國旗,放置科學儀器,搜集22公斤月球巖石和土壤樣品,共活動了2小時31分40秒。

    航天員在模擬失重訓練航天員在模擬失重訓練
    1970年4月11日,美國發射載有航天員洛弗爾、海斯和斯威加特的“阿波羅”13號飛船進行第3次登月飛行。飛行56小時后,飛船離地球33萬公里,差不多接近月球時,因兩個紐扣大的恒溫器開關故障,使服務艙燃燒電波貯氧箱爆炸,艙內許多設備遭損壞,氧氣和水也損失過半,航天員洛弗爾、海斯和斯威加特面臨葬身太空之災。但他們臨危不懼,按地面科學家們精確計算的軌道和地面指揮員的命令,手動操縱飛船,使用登月艙的氧氣和動力,于4月17日成功地返回地球,創造了航天史上死里逃生的奇跡。

    1970年6月1日,蘇聯發射載有航天員尼古拉耶夫和謝瓦斯基揚諾夫的“聯盟”9號飛船。飛船繞地球飛行268圈,歷時424小時59分,創造了載人飛行史上的新記錄。

    1971年4月19日,蘇聯用“質子”號火箭發射世界上第一個載人空間站“禮炮”1號?!岸Y炮”1號空間站于1971年10月11日在太平洋上空墜毀,共飛行了175天。運行期間對接了兩艘“聯盟”號飛船,其中“聯盟”11號的航天員進站工作了3星期。此后一直到1982年,蘇聯又連續發射了“禮炮”2~5號空間站和第二代“禮炮”6號、7號空間站。

    1971年6月6日,蘇聯發射載有航天員多勃羅沃爾斯基、帕查耶夫和沃爾科夫和“聯盟”11號飛船。飛船成功地實現了和“禮炮”1號空間站的對接、在軌運行24天后,在返回途中,返回艙空氣泄露,返回地面時,人們發現未穿航天服的3 名航天員全部遇難。1971年12月7日,美國發射載有塞爾南、埃文斯和施密特的“阿波羅”17號飛船。11日到達月球,兩名航天員在月面逗留75小時,在月球軌道上釋放了一顆衛星。飛船19日返回。這是人類迄今最后一次載人登月飛行,也是“阿波羅”飛船第7次登月飛行。

    天空實驗室

    1973年5月14日,美國用“土星”V火箭發射名為“天空實驗室”的空間站。后與多艘“阿波羅”飛船對接,先后有3批9名航天員到其上工作。原預計“天空實驗室”能運行到1982年,但終因空間站故障嚴重,無法正常使用,其運行軌道急劇下降,于1979年7月12日墜落于南印度洋澳大利亞西南水域。這是美國發射的第一個載人空間站。

    1975年4月5日,蘇聯發射載有拉扎列夫和馬卡羅夫的聯盟18A飛船,準備與禮炮4號對接?;鸺?級點火不久,正值火箭上升到144公里的高空時,因制導系統發生故障,飛船在空中翻滾,并偏離預定軌道。地面控制中心不得不發出應急救生指令,使火箭緊急關機,返回艙與飛船分離,航天員按應急方案返回,在西伯利亞西部山區安全著陸。飛行只進行了22分鐘。這是載人航天以來,第一次因火箭飛行不正常而成功地采取的應急救生措施。

    1975年7月15日,蘇、美發射飛船進行聯合對接飛行。首先發射的是載有蘇聯航天員列昂諾夫和庫巴索夫的“聯盟”19號飛船。發射后7.5小時,美國“阿波羅”18號飛船載著美國航天員斯坦福爾德、斯萊頓和布蘭德從肯尼迪航天中心發射成功。7月17日,“阿波羅”18號飛船和“聯盟”19號飛船成功地對接。飛船對接狀態保持了兩天,美蘇航天員實現了飛船間的互訪。這是冷戰期間美蘇兩個競爭對手難得的“太空握手”。

    航天飛機航天飛機
    1981年4月12日,美國發射了世界上第一架航天飛機“哥倫比亞”號。此后又陸續建造了“挑戰者”號、“亞特蘭蒂斯”號、“發現”號和“奮進”號航天飛機。1986年1月28日,“挑戰者”號航天飛機在發射升空僅73秒后即爆炸,機上7名航天員全部遇難;2003年2月1日,“哥倫比亞”號航天飛機在返航途中解體,機上7名航天員再次遇難。盡管如此,美國航天飛機投入運營22年來,已成功飛行111次,在太空部署過衛星、維修過“哈勃”、完成了無數科學試驗,是目前正在建造中的國際空間站的主要運送工具。1984年7月17日,蘇聯發射“聯盟”T12號飛船升空。船上載有扎尼拜科夫、沃爾克和女航天員薩維卡婭,與“禮炮”7號空間站-“聯盟”T10號飛船聯合體對接。25日,薩維茨卡婭和扎尼拜科夫一起進行了3小時35分鐘的艙外活動。薩維茨卡婭成為世界上第一位在太空行走的女性。

    第三代空間站

    1986年2月20日,蘇聯發射了第三代長期載人空間站——“和平”號空間站的核心艙。此后歷時10年,直到1996年4月26日,蘇聯(俄羅斯)才建成由核心艙、“量子”1號艙、“量子”2號艙、“晶體”艙、“光譜”艙和“自然”艙組成的完整的“和平”號空間站。2003年3月23日,“和平”號在繞地球飛行8萬多圈、行程約35億公里、超期服役近10年后,墜毀在太平洋預定海域。作為世界上第一個長期載人空間站,“和平”號是20世紀質量最大、載人最多和壽命最長的航天器,堪稱“一代天驕”!在“和平”號天馬行空近15載中,共接待了來自10多個國家和國際組織的航天員100多人次。其中俄羅斯航天員在“和平”號上創造了兩項太空飛行紀錄:一項是由玻利亞科夫創造的、人在太空連續生活和工作438天的世界紀錄,另一項是由阿夫杰耶夫創造的、在太空飛行累計時間達748天的世界紀錄??茖W家們利用“和平”號空間站進行了包括生命科學、微重力科學與應用、空間科學、對地觀測等眾多領域的成千上萬項科學實驗,取得了舉世矚目的豐碩成果。

    宇航員太空行走宇航員太空行走
    1995年6月27日,美國“亞特蘭蒂斯”號航天飛機載著5名美國航天員和2名俄羅斯航天員升空,首次實現與俄羅斯“和平”號空間站對接飛行。此后一直到1998年,美國航天飛機與俄羅斯“和平”號空間站進行了8次對接飛行,所取得的成功經驗降低了目前正在組裝的國際空間站裝配和運行中的技術風險。

    1996年9月26日,在俄羅斯“和平”號空間站上工作的美國女航天員露西德乘“亞特蘭蒂斯”號航天飛機返回地面。露西德在太空生活了188天,打破了俄羅斯航天員康達科娃創造的女性在太空飛行的最高紀錄。 1998年11月20日,俄羅斯用“質子”K火箭將國際空間站的第一個部件——“曙光”號多功能艙送入太空,建造國際空間站的宏偉而艱巨的任務從此拉開了帷幕。國際空間站是由美國和俄羅斯牽頭、歐洲11國(即德國、法國、意大利、英國、比利時、荷蘭、西班牙、丹麥、挪威、瑞典和瑞士)、日本、加拿大和巴西共16個國家建造的,預計要到2006年才能全部建成。建成后的國際空間站長110米,寬88米,大致相當于兩個足球場大小,總質量達400余噸,將是有史以來規模最為龐大、設施最為先進的人造天宮,運行在傾角為51.6°、高度為397公里的軌道上,可供6~7名航天員在軌工作,之后國際空間站將開始一個為期10~15年的永久載人的運行期。

    2001年4月28日,世界上首位太空游客、美國富翁蒂托搭乘“聯盟”TM32號飛船從哈薩克斯坦拜科努爾航天發射場出發,到國際空間站上旅游觀光8天,5月6日返回地面。蒂托此行耗資2000萬美元,除了太空觀光外,他還負責飛船的一部分無線電通信、導航和供電任務,并與俄宇航員一起執行了對地觀測任務。蒂托的太空之旅開創了太空旅游的新時代。2002年4月25日~5月5日,世界上第二位太空游客、南非億萬富翁馬克·沙特沃斯也在太空度過了10天的時光,其中8天生活和工作在國際空間站上。

    中國航天/載人航天 編輯

    中國載人航天的歷程中國載人航天的歷程
    中國進行載人航天研究的歷史可以追溯到20世紀70年代初。在中國第一顆人造地球衛星東方紅一號上天之后,當時的國防部五院院長錢學森就提出,中國要搞載人航天。國家當時將這個項目命名為“714工程”(即于1971年4月提出),并將飛船命名為“曙光一號”。然而,中國在開展了一段時間的工作之后,認為無論是在研制隊伍、經驗方面,還是在綜合國力、工業基礎方面搞載人航天都存在一定的困難,這個項目就擱到了一邊。

    20世紀70年代初,中國第一顆人造地球衛星東方紅一號上天之后,開始了東方紅二號、東方紅二號甲、東方紅三號等多顆通信衛星的研制工作。

    進入80年代后,中國的空間技術取得了長足的發展,具備了返回式衛星、氣象衛星、資源衛星、通信衛星等各種應用衛星的研制和發射能力。特別是1975年,中國成功地發射并回收了第一顆返回式衛星,使中國成為世界上繼美國和前蘇聯之后第三個掌握了衛星回收技術的國家,這為中國開展載人航天技術的研究打下了堅實的基礎。

    1992年1月,中國政府批準載人航天工程正式上馬,并命名為“921工程”。在“921工程”的七大系統中,核心是載人飛船,載人飛船則由中國空間技術研究院為主來進行研制?!?21工程”正式上馬時中央就提出了“爭8保9”的奮斗目標, 即1998年要在技術上有一個大的突破,1999年要爭取飛船上天。中國唐家嶺航天城,為中國的載人航天工程完成載人航天的任務做了物質條件的保證。

    1999年11月20日,中國第一艘無人試驗飛船“神舟”一號飛船在酒泉起飛,21小時后在內蒙古中部回收場成功著陸,圓滿完成“處女之行”。這次飛行成功為中國載人飛船上天打下非常堅實的基礎。2001年1月10日,中國在酒泉衛星發射中心成功發射了“神舟”二號飛船。2002年3月25日,中國在酒泉衛星發射中心成功發射了“神舟”三號飛船。2002年12月30日,中國在酒泉衛星發射中心成功發射“神舟”四號無人飛船。

    2003年10月15日9時整,我國自行研制的“神舟”五號載人飛船在中國酒泉衛星發射中心發射升空。9時9分50秒,“神舟”五號準確進入預定軌道。這是中國首次進行載人航天飛行。乘坐“神舟”五號載人飛船執行任務的航天員是38歲的楊利偉。他是我國自己培養的第一代航天員。在太空中圍繞地球飛行14圈,經過21小時23分、60萬公里的安全飛行后,他于16日6時23分在內蒙古主著陸場成功著陸返回。

    中國航天員出艙活動中國航天員出艙活動
    2005年10月12至17日,我國成功進行了第二次載人航天飛行,也是第一次將我國兩名航天員費俊龍、聶海勝同時送上太空。10月12日9時零分零秒,發射神六飛船的長征二號F型運載火箭點火。

    火箭在點火4秒鐘后升空,轟鳴聲回蕩在戈壁灘上空。這是長征火箭第88次發射。它是中國第二艘搭載太空人的飛船,也是中國第一艘執行“多人多天”任務的載人飛船。

    2008年9月25日,我國第三艘載人飛船神舟七號成功發射,三名航天員翟志剛、劉伯明、景海鵬順利升空。 27日,翟志剛身著我國研制的“飛天”艙外航天服,在身著俄羅斯“海鷹”艙外航天服的劉伯明的輔助下,進行了19分35秒的出艙活動。中國隨之成為世界上第三個掌握空間出艙活動技術的國家。

    2008年9月28日傍晚時分,神舟七號飛船在順利完成空間出艙活動和一系列空間科學試驗任務后,成功降落在內蒙古中部阿木古朗草原上。神舟七號飛船共計飛行2天20小時27分鐘。從神舟七號開始,我國進入載人航天二期工程。在這一階段里,將陸續實現航天員出艙行走、空間交會對接等科學目標。整個二期工程的所有發射任務全部由長二F火箭擔任。后續任務將要突破空間交會對接關鍵技術,解決有一定規模、短期有人照料的空間應用問題,為實施“第三步”戰略任務做準備。主要目標就是要突破載人飛船和空間飛行器的交會對接技術,研制和發射8噸級規模的空間實驗室,逐步掌握空間站技術。

    中國載人航天工程未來任務中國載人航天工程未來任務
    因此,要實現“三步走”發展戰略,還有許多關鍵技術需要突破,包括突破載人飛船和空間飛行器的交會對接技術,研制和發射空間實驗室,解決有一定規模的、短期有人照料的空間應用問題;建造空間站,解決有較大規模的、長期有人照料的空間應用問題。

    神舟八號飛船,是中國神舟系列飛船的第八個。神舟八號發射升空后,與神舟九號對接,成為一座小型空間站。中國工程院院士、原“神舟”號飛船總設計師戚發軔透露,在中國的載人航天“三步走”計劃中,中國最終要建設的是一個基本型空間站,它的規模不會超過現有的“和平號”或國際空間站。戚發軔院士介紹,基本型空間站大致包括一個核心艙、一架貨運飛船、一架載人飛船和兩個用于實驗等功能的其他艙,總重量在100噸以下。其中的核心艙需長期有人駐守,能與各種實驗艙、載人飛船和貨運飛船對接。具備了20噸以上運載能力的火箭,才有資格發射核心艙。為此,中國在海南文昌新建繼酒泉、太原、西昌之后的第四個航天發射場,主要承擔地球同步軌道衛星、大質量極軌衛星、大噸位空間站和深空探測衛星等航天器的發射任務。同時,中國還將在天津新建總裝場。

    神舟九號(載人艙內)神舟九號(載人艙內)
    2012年6月16日18時37分,神舟九號飛船乘長征二號F遙九火箭,從酒泉衛星發射中心騰空而起。這是長征火箭的第165次發射,也是神舟飛船的第四次載人飛行。中國航天員景海鵬、劉旺、劉洋將第一次入住“天宮”。33歲的劉洋也成為中國第一個飛向太空的女性。神舟九號飛船與天宮一號自動對接。二者攜手在太空飛行6天之后短暫分開,再進行由航天員手動控制的交會對接。

    “天宮一號”實際上就是一個空間實驗室的雛形,它的重量和神舟七號一樣,用它來完成和飛船的交會對接?!疤鞂m一號”主體為短粗的圓柱型,直徑比神舟飛船更大,前后各有一個對接口。采用兩艙構型,分別為實驗艙和資源艙,實驗艙由密封的前錐段、柱段和后錐段組成,實驗艙前端安裝一個對接機構,以及交會對接測量和通信設備,用于支持與飛船實現交會對接。資源艙為軌道機動提供動力,為飛行提供能源。2013年6月25日07時05分,神舟十號飛船與天宮一號目標飛行器分離,從天宮一號上方繞飛,順利完成繞飛以及近距離交會任務,并且在空中授課。

    發展階段/載人航天 編輯

    1961年4月12日蘇聯航天員加加林乘坐“東方”號飛船繞地球軌道飛行一圈,成為第一個進入太空的人。此后,載人航天大致經歷了三個階段。

    解決把人送入地球軌道并安全返回

    宇航員執行艙外活動宇航員執行艙外活動
    在首次進入太空以前,人類先發射了不載人飛船和生物衛星,用以驗證載人航天系統的安全性和可靠性,確保載人航天成功。一切趨于成熟后終于發射載人飛船,航天員在飛行中完成了手控定向、姿態調整、觀測地球和對地攝影等活動,并進行了醫學、生物學等科學研究和廣泛的技術試驗。第一階段的載人航天證實了人在過載、失重、真空和強輻射等惡劣環境下不僅能夠生存,而且還能有效地工作,為未來人類大范圍的探索與開發太空打下了堅實的基礎,其價值具里程碑意義。

    發展載人航天的基本技術

    如飛船的軌道機動飛行,兩艘飛船在空間交會和對接以及編隊飛行,考察航天員出艙活動的設備和能力,同時也進行其他科學研究工作。在這一階段,蘇聯航天員列昂諾夫和美國航天員E.H.懷特穿著航天服走出飛船,在太空進行了活動。1967年1月27日當“阿波羅”號飛船在肯尼迪角進行例行試驗時,因突然著火,美國3名航天員死亡。1967年4月23日蘇聯的“聯盟”1號飛船在返回時,由于降落傘故障航天員,科馬羅夫死亡,這些是載人航天所出現的重大事故。

    發展實驗性航天站

    進一步考察人在太空環境條件下長期生活和工作的能力,利用空間獨特環境從事多種學科研究和應用實驗,諸如生物學、醫學、天文學、材料和工藝試驗和地球資源勘測以及軍事活動等,同時也為建立實用航天站積累經驗。參加這一階段活動的有供航天員長期生活和工作的航天站,有運送航天員并能返回地球的載人飛船,也有供應航天站燃料和航天員生活必需品的運貨飛船,如蘇聯的“進步”號貨船。

    技術難關/載人航天 編輯

    太空行走太空行走
    載人航天是集國家政治、軍事、科技實力為一體的高難度系統工程。要真正把人送入太空乃至使人長時期在太空生活,必須要突破三大技術難題。

    運載工具

    第一個難題是,研制出推力足夠大,可靠性極端好的運載工具。

    前蘇聯發射東方號、上升號、聯盟號等載人飛船的運載火箭都是運載能力5噸以上,而且在發射中極少發生事故的優秀運載工具。為了確保發射時萬無一失,運載火箭及飛船的關鍵部件必須是雙備份或三備份,火箭、飛船在上天前,必須經過一系列極嚴格的地面測試和模擬飛行,直到沒有一絲隱患才能放行上天。

    專家說,由于對可靠性的重視,實際上,與航海、航空及陸上各種交通運輸工具比較,航天器的活動有著最好的安全記錄。

    人體防護措施

    第二個難題是,獲得空間環境對人體影響的足夠信息,了解人體所能承受的極限條件并找到防護措施。

    空間環境與陸地環境有著天壤之別。太空中高度真空,沒有氧氣沒有水,如果沒有任何保護,人體暴露在這樣的環境里,不消一分鐘,就會由于身體內外的巨大壓差而爆炸,體液會迅速沸騰汽化。太空中溫差極大,由于沒有空氣對流,航天器朝陽面溫度可達100℃以上,而背陰面則會在-100℃以下,在遠離地球的深空中,溫度則達到人體根本無法耐受的-273℃。太空中還充滿了有害的宇宙輻射。

    另外,太空失重環境,特別是飛船上升、返回階段的加速度和減速度會使人體發生平衡功能紊亂、體內組織位移、肌肉萎縮、骨質脫鈣等病變。要在這種環境里保證人的生存,就必須研制出密封的防輻射飛船,飛船中要配備能供人正常生活的空氣、水、溫度等基本生命保障條件。同時還要為宇航員裝備上宇航服,一旦宇航員要走出飛船座艙到太空中工作,所有的生命保障系統便全由宇航服提供。在載人航天實踐中,蘇/俄研制出了東方號、上升號、聯盟號三代載人飛船,美國也成功使用了水星號、雙子星座號和阿波羅號三代載人飛船以及航天飛機。

    救生技術及安全返回技術

    第三個難題是,可靠的救生技術及安全返回技術。 載人航天與不載人航天最大的區別就在于救生技術的應用和安全返回的絕對可靠。

    載人航天的救生裝置有彈射座椅、逃逸塔、分離座艙和載人機動裝置等。它們在飛行的不同高度發揮各自的作用。一般來說,飛行高度在10公里左右時,宇航員可以采用彈射座椅的方式彈出發生危險的航天器,跳傘救生。也可以啟動逃逸塔,讓逃逸塔拉著飛船甩掉出毛病的火箭另行降落救生。如果火箭高空發生問題,宇航員跳傘不行了,逃逸塔已按飛行程序拋掉了,則只有采取分離飛船座艙的辦法,讓飛船座艙自己返回救生。飛船入軌后,一旦自身遭到損壞或宇航員生病,需營救時,那么只有暫時采用船上救生裝置等待地面發射飛船救生的辦法。

    飛船的安全返回也不容易,它需要啟動反推火箭減速、調姿、進入返回軌道等技術,還要闖過三道“鬼門關”:

    一是過載關,飛船高速進入稠密大氣層時會產生巨大的沖擊過載,就像飛機撞山一般;

    二是火焰關,飛船返回與空氣的劇烈摩擦會產生幾千度的高溫,沒有防護,鋼筋鐵骨也會化為灰燼;

    三是撞擊關,飛船降落盡管有降落傘,但它的降落速度仍達每秒14米,不采取措施,就是壯漢也會被摔死。

    此外,落點的精度也是大問題,前蘇聯的一艘飛船返回時出現落點偏差,結果營救人員找不到宇航員,而宇航員卻被困在冰天雪地的森林里差點凍死。

    產生影響/載人航天 編輯

    新材料

    太空漫步太空漫步
    在空間站內,宇航員已制作出了雜質少、表面缺陷小、質地精良的半導體、金屬材料、玻璃、陶瓷和光學元件;在生物材料加工方面,已可以在空間生產抗血栓制劑-尿激酶、純度比地面高100倍的抗流感制劑和抗病毒干擾素、可治療糖尿病的胰腺β-細胞和用于治療燒傷的表皮生長素等30多種質量、療效較高的藥物,航天員還可設法使蛋白質分子按預定的立體結構排列起來,形成純度比地面高10倍、性能超群的蛋白質晶體,促進新藥開發、疾病研究和防治;載人航天器搭載的農作物種子在宇宙射線的作用下,其遺傳基因會發生變化,有可能誕生高產、營養成分增加或抗病毒的作物新品種。

    新資源

    由于載人航天器相對于地球位置高遠,因此航天員可以全面探測與地面生活密切相關的地球磁場、大氣臭氧層和電離層,尋找石油、礦藏和地下水源,觀察農作物的長勢、森林火災和積雪覆蓋面的變化,嘗試預報地震等難以預料的自然災害。

    新學科

    載人航天促進了天文學、高能物理、材料學、自動控制、信息、制造工藝學等科學技術門類的發展,催生了航天器結構力學、航天動力學、空間電子學、航天醫學等新學科,形成了大批高科技工業群體,豐富了人類對近地空間和月球的認識,產生了顯著的社會和經濟效益。航天飛機、空間站的出現,使人類得以利用微重力、超低溫、強太陽輻射、真空等太空中的獨特條件開展多項研究。

    新民用產品

    載人航天技術的發展還催生了一系列民用產品,比如載人航天中采用的機器人能夠在地面協助醫生做手術,利用雙向遙測技術能制造出可被監測、調控的心臟起搏器,航天飛機上使用的水處理系統已開始在部分國家轉為民用,受載人航天器表面可減少氣動阻力的羅紋啟發而研制出的羅紋泳衣助游泳選手摘金奪銀。

    航天系統/載人航天 編輯

    是指由航天器、航天運輸系統、航天發射場、航天測控網、應用系統組成的完成特定航天任務的工程系統。其中應用系統指航天器的用戶系統,一般是地面應用系統,如各類衛星的地面應用系統、載人航天器的地面應用系統、空間探測器的地面應用系統。

    航天系統按是否可載人可分為無人航天系統、載人航天系統;

    按用途可分為民用航天系統和軍事航天系統;

    按航天器種類可分為多種,如衛星航天系統、載人飛船航天系統、月球衛星航天系統等。

    航天系統是現代典型的復雜工程大系統,具有規模龐大、系統復雜、技術密集、綜合性強,以及投資大、周期長、風險大、應用廣泛和社會經濟效益十分可觀等特點,是國家級大型工程系統。組織管理航天系統的設計、制造、試驗、發射、運行和應用,要采用系統工程方法,在航天工程實踐中形成了航天系統工程,進一步豐富和發展了系統工程的理論和方法。完善的航天系統是一個國家航天實力和綜合國力的重要標志,世界上只有為數不多的國家擁有這種實力。

    太空資源/載人航天 編輯

    太空資源泛指太空中客觀存在的、可供人類開發利用的環境和物質。主要包括:相對于地面的高遠位置資源,高真空和超潔凈環境資源,微重力環境資源,太陽能資源,月球資源,行星資源等。

    太空上可利用的資源比地球上可利用的資源要豐富的多。僅從太陽系范圍來說,在月球、火星和小行星等天體上,有豐富的礦產資源;在類木行星和彗星上,有豐富的氫能資源;在行星空間和行星際空間,有真空資源、輻射資源、大溫差資源,那里的太陽能利用有效率也比地球上高的多,取得了巨大的社會效益。高真空和高潔凈是外層空間的顯著特征,是進行許多科學實驗、發展航天技術、生產電子產品和高級藥品的理想環境,尤其它是人類的航天活動的先決條件。高真空、超潔凈環境資源取得了相當大的實際效果,但微重力資源和太陽能資源的利用還處于試驗、研究和創造條件的階段。

    相關文獻

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    參考資料
    [1]^引用日期:2019-01-02
    [2]^引用日期:2019-01-02

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